Equatorial Atmospheric Variability Modulates Carbon and Energy Fluxes in a Wallacean Tropical

Au plus profond des montagnes humides et enveloppées de brume de Sulawesi, en Indonésie, une forêt qui semble exister dans un état de saturation permanente en eau enseigne aux scientifiques quelque chose d'inattendu sur la façon dont la nature respire. Pendant des décennies, la sagesse dominante soutenait que les forêts tropicales sont principalement limitées par l'eau : lorsque les pluies s'arrêtent ou que l'air devient trop sec, les arbres ferment leurs pores pour économiser l'humidité, et leur capacité à puiser le dioxyde de carbone dans l'atmosphère ralentit jusqu'à l'arrêt. Cette idée a façonné notre compréhension du cycle mondial du carbone, en particulier lors des sécheresses sévères comme celles apportées par El Niño, qui sont souvent supposées transformer ces écosystèmes luxuriants de puits de carbone en sources de carbone. Cependant, une nouvelle enquête sur une forêt tropicale de haute altitude spécifique suggère que l'histoire est bien plus complexe. Dans cet environnement montagneux et humide, les arbres n'attendent pas la pluie pour travailler ; ils attendent la lumière. La capacité de la forêt à absorber le carbone n'est pas dictée par la soif de ses racines, mais par les nuages qui pendent au-dessus de ses feuilles.

Des chercheurs de l'Université IPB et de l'agence météorologique indonésienne se sont mis en route pour tester cette idée à l'aide d'une tour équipée d'instruments sensibles dans le parc national de Lore Lindu. Ce site, connu sous le nom de site de flux de Bariri, est situé à une altitude de 1 416 mètres, là où l'air est frais et où la forêt est fréquemment enveloppée de nuages. L'équipe a analysé cinq années de données continues, de 2013 à 2017, une période qui comprenait l'un des événements El Niño les plus intenses jamais enregistrés. Ils cherchaient les déclencheurs spécifiques qui font que la forêt accélère ou ralentit son absorption de carbone. Pour ce faire, ils ont dû regarder au-delà des changements saisonniers habituels et examiner les changements rapides, de jour en jour, de l'atmosphère. Ils se sont concentrés sur trois types d'ondes atmosphériques qui traversent l'équateur : l'oscillation de Madden-Julian, qui apporte des périodes de fortes pluies et de couverture nuageuse ; les ondes de Kelvin, qui se déplacent vers l'est ; et les ondes équatoriales de Rossby, qui se déplacent vers l'ouest. Ces ondes agissent comme des pulsations météorologiques, apportant des changements soudains de couverture nuageuse et de luminosité qui ne durent que quelques jours.

La première découverte majeure fut une déconnexion surprenante entre l'eau et le carbone. Dans de nombreuses parties du monde, lorsque le sol s'assèche, les arbres cessent de consommer du carbone pour conserver l'eau. Mais dans cette forêt de montagne, le sol est resté humide presque tout le temps, même pendant la grave sécheresse d'El Niño de 2015-2016. Les mesures ont montré que la teneur en eau dans les couches supérieures du sol n'a jamais chuté assez bas pour stresser les arbres. Malgré cette abondance d'eau, l'absorption de carbone de la forêt a tout de même fluctué de manière sauvage d'un jour à l'autre. Lorsque les chercheurs ont comparé ces fluctuations aux données météorologiques, ils ont découvert que les arbres ne réagissaient pas à l'eau dans le sol. Au lieu de cela, leur activité était étroitement liée à la quantité de lumière solaire atteignant la canopée. Les jours où d'épais nuages bloquaient le soleil, l'absorption de carbone de la forêt chutait, peu importe la fraîcheur du sol. Les jours où les nuages se dissipaient, la forêt bondissait, même si l'air était sec. Cela a révélé que dans cet environnement spécifique, la forêt est limitée par l'énergie, et non par l'eau. Les arbres n'ont pas soif ; ils attendent simplement que le soleil perce la brume.

L'étude a ensuite examiné comment ces ondes atmosphériques rapides influençaient la forêt. Lorsque l'oscillation de Madden-Julian ou les ondes de Rossby équatoriales apportaient leurs phases humides et nuageuses sur la montagne, la lumière solaire entrante disparaissait, et l'absorption de carbone de la forêt chutait immédiatement. C'était attendu, car les nuages bloquent l'énergie dont les arbres ont besoin pour la photosynthèse. Cependant, le comportement des ondes de Kelvin racontait une histoire différente et plus nuancée, qui dépendait entièrement du contexte climatique. Dans des conditions normales ou pendant une phase La Niña, le passage d'une onde de Kelvin apportait des nuages et une baisse correspondante de l'absorption de carbone, tout comme les autres ondes. Mais pendant le pic de la sécheresse d'El Niño de 2015-2016, la forêt a réagi de manière opposée. Lorsqu'une onde de Kelvin passait pendant cette sécheresse extrême, la forêt absorbait en fait plus de carbone que d'habitude.

Ce résultat contre-intuitif suggère que la forêt souffrait d'un type de stress différent pendant El Niño. La chaleur intense et l'air sec de la sécheresse avaient probablement poussé les arbres à leurs limites, les faisant fermer leurs pores pour éviter de se dessécher complètement. Lorsque l'onde de Kelvin arrivait, elle apportait un bouclier temporaire de nuages. Cette couverture nuageuse faisait deux choses : elle bloquait la lumière directe et brûlante du soleil qui poussait les arbres vers le stress thermique, et elle augmentait la quantité de lumière diffuse et dispersée qui peut pénétrer profondément dans la canopée de la forêt. Ce soulagement temporaire permettait aux arbres de rouvrir leurs pores et de photosynthétiser efficacement, transformant une vague météorologique qui supprime habituellement la croissance en un moment de récupération. La forêt ne faisait pas que survivre à la sécheresse ; elle utilisait ces brèves interruptions nuageuses pour respirer à nouveau.

Ces conclusions remettent en question la vision simpliste selon laquelle les forêts tropicales répondent toujours à la sécheresse de la même manière. L'étude montre que la réponse d'un écosystème à un événement météorologique ne peut être comprise de manière isolée ; elle dépend du contexte climatique plus large. Un nuage qui supprime la croissance durant une année normale peut en fait aider une forêt à survivre à une sécheresse extrême. La recherche souligne également l'importance d'examiner l'atmosphère à une échelle quotidienne plutôt que par de simples moyennes mensuelles ou annuelles. Les impulsions météorologiques rapides et à haute fréquence ne sont pas seulement un bruit de fond ; elles sont les moteurs primaires du fonctionnement quotidien de ces forêts. En ignorant ces fluctuations à court terme, les scientifiques pourraient passer à côté des mécanismes mêmes qui permettent à ces écosystèmes de persister à travers les extrêmes climatiques.

En fin de compte, les travaux de Lore Lindu suggèrent que nos modèles du cycle mondial du carbone doivent être mis à jour pour tenir compte de ces interactions atmosphériques à haute fréquence. La forêt n'est pas une victime passive du climat ; c'est un système dynamique qui répond à la disponibilité immédiate de la lumière et au soulagement du stress atmosphérique. Bien que le sol soit resté humide tout au long de l'étude, le véritable goulot d'étranglement pour la forêt était le ciel au-dessus d'elle. Les arbres n'attendaient pas que la pluie tombe ; ils attendaient que les nuages se dissipent, ou dans le cas de la sécheresse d'El Niño, ils attendaient que les nuages reviennent pour les protéger du soleil. Cet équilibre délicat entre lumière et chaleur, se jouant sur une échelle de quelques jours, détermine si cette vitale forêt de montagne continue de puiser le carbone de l'air ou s'il le rejette.